Nghiên cứu, thiết kế hệ thống báo cháy tự động

Do đó việc trang bị hệ thống báo cháy tự động nhằm phát hiện sớm các nguy cơ để ngăn chặn hiệuquả là một yêu cầu cấp thiết của các công trình.. 1.2 Phân loại hệ thống báo cháy tự động 1.

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 4

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU 6

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 8

Chương 1: Hệ thống báo cháy tự động 10

1.1 Khái niệm, chức năng và nhiệm vụ 10

1.2 Phân loại hệ thống báo cháy tự động 10

1.2.1 Hệ thống báo cháy thông thường 10

1.2.2 Hệ thống báo cháy địa chỉ 11

1.3 Các thành phần của hệ thống 11

1.3.1 Trung tâm báo cháy 11

1.3.2 Thiết bị đầu vào 11

1.3.3 Thiết bị đầu ra 12

1.4 Nguyên lý hoạt động 12

1.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các thiết bị 13

1.5.1 Tủ báo cháy trung tâm 13

1.5.2 Đầu báo cháy 14

1.5.2.1 Đầu báo khói 15

1.5.2.2 Đầu báo nhiệt 21

1.5.3 Nút ấn báo cháy trực tiếp 22

1.5.4 Thiết bị đầu ra 23

1.5.4.1 Chuông báo cháy 24

1.5.4.2 Đèn 25

1.5.5 Tủ hiển thị phụ 25

1.5.6 Mô-đun điều khiển ( Input – Output Module ) 26

1.6 Tích hợp các hệ thống kỹ thuật trong công trình 27

1.6.2 Hệ thống kiểm soát cửa tự động 28

1.6.3 Hệ thống thang máy 29

1.6.4 Hệ thống âm thanh công cộng trong tòa nhà 29

1.6.5 Hệ thống thoát khói và nhiệt 29

1.6.6 Hệ thống chữa cháy 29

1.6.7 Thông tin đến lực lượng phòng cháy chữa cháy chuyên nghiệp 29

Chương 2: Cơ sở tính toán, thiết kế hệ thống báo cháy tự động 31

2.1 Mục đích và các yêu cầu chung 31

2.2 Các tiêu chuẩn và yêu cầu thiết kế 32

2.2.1 Các tiêu chuẩn 32

2.2.2 Các yêu cầu thiết kế 33

2.3 Cơ sở tính toán, thiết kế hệ thống 34

2.3.1 Đầu báo cháy dạng khói 35

2.3.2 Đầu báo cháy dạng nhiệt 36

2.4 Trung tâm báo cháy 37

2.5 Hộp nút ấn báo cháy 37

2.6 Các bộ phận liên kết 37

2.7 Nguồn điện cho hệ thống 38

Chương 3: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống báo cháy tự động cho công trình tòa nhà đa năng ICON4 39

3.1 Tòa nhà ICON4 và các yêu cầu liên quan công tác phòng cháy chữa cháy 39

3.2 Thiết kế phần cứng 40

3.2.1 Tính toán khối lượng và xác định vị trí lắp đặt các thiết bị 40

3.2.1.1 Khu vực tầng hầm 42

3.2.1.2 Khu vực trung tâm thương mại 43

3.2.1.3 Khu vực tầng kỹ thuật 43

3.2.1.4 Khu văn phòng 43

3.2.1.5 Tính toán số lượng mô-đun tích hợp các hệ thống kỹ thuật khác trong

tòa nhà 45

3.2.2 Lựa chọn hệ thống báo cháy tự động 45

3.2.3 Thông số kỹ thuật chi tiết các thiết bị được lựa chọn 47

3.2.3.1 Tủ báo cháy trung tâm EST3 – 3CAB 21 47

3.3.3.2 Card kết nối thiết bị 2 loop – 3 SDDC1 48

3.3.3.3 Card hỗ trợ kết nối 49

3.3.3.4 Tủ hiển thị phụ 3-LCDANN 50

3.3.3.5 Các loại đầu báo dạng điểm 51

3.3.3.6 Nút ấn báo cháy trực tiếp SIGA-271 52

3.3.3.7 Module kết nối hệ thống BMS 53

3.3.3.8 Module đầu ra không điện áp : SIGA-CR 54

3.3.3.9 Module đầu ra có điện áp: SIGA-CC1 55

3.3.3.10 Chuông đèn báo cháy 56

3.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý hoạt động 58

3.3.1 Căn cứ thiết kế 58

3.3.2 Sơ đồ nguyên lý 58

2.3 Thiết kế phần mềm 60

2.3.1 Chức năng và nhiệm vụ 60

2.3.2 Các bước thiết kế phần mềm 61

2.3.2.1 Khởi tạo các tham số 61

2.3.2.2 Viết chương trình 63

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống báo cháy thông thường 10

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống báo cháy địa chỉ 11

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống 12

Hình 1.4: Cấu trúc tủ điều khiển và các kết nối 14

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động đầu báo khói dạng Ion 16

Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động buồng Ion kép 17

Hình 1.7: Đầu báo khói quang khúc xạ trong điều kiện thường 18

Hình 1.8: Đầu báo khói quang khúc xạ khi có khói xâm nhập 19

Hình 1.9: Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động 19

Hình 1.10: Đầu báo dạng Beam trong điều kiện thường 20

Hình 1.11: Đầu báo dạng Beam khi có khói xâm nhập 20

Hình 1.12: Biểu đồ sự gia tăng nhiệt độ của đám cháy 21

Hình 1.13: Nút ấn báo cháy trực tiếp 22

Hình 1.14: Sơ đồ cấu tạo nút ấn báo cháy trực tiếp 22

Hình 1.15: Các thiết bị cảnh báo cháy 23

Hình 1.16: Sơ đồ đấu nối các thiết bị cảnh báo cháy 24

Hình 1.17: Sơ đồ kết nối tủ hiển thị phụ 26

Hình 1.18: Sơ đồ nguyên lý mô-đun điều khiển 26

Hình 1.19: Sơ đồ kết nối hệ thống báo cháy với các hệ thống kỹ thuật khác 27

Hình 3.1: Phối cảnh tòa nhà đa năng ICON4 39

Hình 3.2: Sơ đồ bố trí đầu báo 44

Hình 3.3: Sơ đồ cấp nguồn tủ báo cháy trung tâm 47

Hình 3.4: Sơ đồ đấu nối thiết bị card loop 3-SDDC1 49

Hình 3.5: Sơ đồ kết nối tủ trung tâm với hệ thống BMS 53

Hình 3.6: Sơ đồ đấu nối module đầu ra không điện áp 54

Hình 3.7: Sơ đồ đấu nối module đầu ra có điện áp 55

Hình 3.8: Sơ đồ đấu nối hệ thống chuông đèn 57

Hình 3.9 : Giao diện phần mềm 3-SDU 60

Hình 3.10 : Sơ đồ mô phỏng hệ thống thiết bị 62

Hình 3.11 : Bảng cơ sở dữ liệu hệ thống 63

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng yêu cầu kỹ thuật đối với đầu báo cháy 34

Bảng 2.2: Yêu cầu đối với đầu báo cháy khói 36

Bảng 2.3: Yêu cầu đối với đầu báo cháy nhiệt 36

Bảng 3.1: Danh mục thiết bị lựa chọn cho công trình 46

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật biến thế tủ báo cháy trung tâm 47

Bảng 3.3: Thông số hoạt động khối xử lý trung tâm 3 - CPU 48

Bảng 3.4: Thông số kĩ thuật Card 2 loop 3-SDDC1 49

Bảng 3.5: Thông số kĩ thuật card hỗ trợ kết nối 50

Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật đầu báo cháy khói quang địa chỉ SIGA-PS 51

Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật đầu báo cháy dạng nhiệt 52

Bảng 3.8: Thông sỗ kỹ thuật nút ấn báo cháy trực tiếp SIGA-271 52

Bảng 3.9: Thông số kĩ thuật module FSB-PC 53

Bảng 3.10: thông số kĩ thuật mô-đun đầu ra không điện áp SIGA-CR 54

Bảng 3.11: Thông số kĩ thuật mô-đun đầu ra có điện áp SIGA-CC1 55

Bảng 3.12: Thông số kỹ thuật chuông báo cháy 323D-10AW 56

Bảng 3.13: Thông số kĩ thuật chuông đèn báo cháy kết hợp G1-HDVM 57

Bảng 3.14: Ma trận tương tác giữa các tham số đầu vào, đầu ra 65

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

Từ xưa tới nay việc ngăn ngừa đề phòng hỏa hoạn hay công tác phòng cháy chữa cháy luôn được coi là vấn đề quan trọng hàng đầu trong mỗi quốc gia Ở Việt Nam hiện nay tốc độ xây dựng cơ sở hạ tầng đang diễn ra một cách mạnh mẽ Các tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại, trụ sở văn phòng…xuất hiện ngày một nhiều, đặc biệt ở các thành phố lớn Các tòa nhà với tính chất kiến trúc rộng và đa dạng, lại là nơithường xuyên tập trung lượng lớn con người học tập, làm việc và được trang bị nhiều tài sản quý giá luôn tiềm ẩn những nguy cơ khác nhau dẫn tới hỏa hoạn Do đó việc trang bị hệ thống báo cháy tự động nhằm phát hiện sớm các nguy cơ để ngăn chặn hiệuquả là một yêu cầu cấp thiết của các công trình Từ những lý do trên em chọn đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống báo cháy tự động” với mục đích nghiên cứu về hệ thống quan trọng này làm đề tài cho Đồ án tốt nghiệp của mình

Tuy nhiên ở nước ta hiện nay việc nghiên cứu, thiết kế các thiết bị phần cứng hệthống báo cháy tự động vẫn chưa triển khai trên thực tế Hầu hết các hệ thống đang sử dụng trên thị trường hiện nay đều nhập khẩu từ nước ngoài Từ những hạn chế đó, đồ

án giới hạn trong phạm vi nghiên cứu về cấu trúc hệ thống, các thành phần thiết bị, nguyên lý hoạt động và các tiêu chuẩn thiết kế Từ đó có cơ sở nghiên cứu, thiết kế hệ thống báo cháy tự động cho công trình tòa nhà 26 tầng ICON4

Đồ án gồm 2 chương:

Chương 1 : Hệ thống báo cháy tự động

Nội dung chương 1 trình bày các kiến thức về hệ thống báo cháy tự động bao gồm: khái niệm, sự phân loại, nguyên lý hoạt động, các thành phần, thiết bị hệ thống

Chương 2 : Cơ sở tính toán, thiết kế hệ thống báo cháy tự động

Nội dung chương 2 trình bày các cơ sở tính toán, thiết kế một hệ thống báo cháy

tự động Bao gồm việc nghiên cứu các tiêu chuẩn thiết kế, cơ sở tính toán khối luợng,

Chương 1: Hệ thống báo cháy tự động

1.1 Khái niệm, chức năng và nhiệm vụ

Hệ thống báo cháy tự động là hệ thống bao gồm tập hợp các thiết bị có nhiệm vụ phát hiện và báo động khi có cháy xảy ra Việc phát hiện ra các tín hiệu cháy được thựchiện tự động bởi các thiết bị và hoạt động liên tục trong 24/24 giờ

Với chức năng cảnh báo sớm, hệ thống có nhiệm vụ phát hiện sớm các nguy cơ cháy nổ tại tất cả các vị trí trong công trình Ngoài ra hệ thống phải có khả năng tích hợp các hệ thống kỹ thuật khác phục vụ công tác chữa cháy và thoát nạn, giúp hạn chế tối đa thiệt hại về con người và tài sản

1.2 Phân loại hệ thống báo cháy tự động

1.2.1 Hệ thống báo cháy thông thường

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống báo cháy thông thường

Với tính năng đơn giản, giá thành không cao, hệ thống báo cháy thông thườngchỉ thích hợp lắp đặt tại các công ty có diện tích vừa hoặc nhỏ( Khoảng vài ngànm2, số lượng các phòng không nhiều( Vài chục phòng); lắp đặt cho những nhà,xưởng nhỏ… Các thiết bị trong hệ thống được mắc nối tiếp với nhau và mắc nốitiếp với trung tâm báo cháy, nên khi xảy ra sự cố trung tâm chỉ có thể nhận biếtkhái quát và hiển thị toàn bộ khu vực (zone) mà hệ thống giám sát (chứ không cho

biết chính xác vị trí từng đầu báo, từng địa điểm có cháy) Điều này làm hạn chếkhả năng xử lý của nhân viên giám sát.

1.2.2 Hệ thống báo cháy địa chỉ

Hình 1.2 : Sơ đồ hệ thống báo cháy địa chỉ

Với tính năng kỹ thuật cao, hệ thống báo cháy địa chỉ dùng để lắp đặt tại cáccông trình mà mặt bằng sử dụng rộng lớn (vài chục ngàn m2), được chia ra làmnhiều khu vực độc lập, các phòng ban trong từng khu vực riêng biệt với nhau Từngthiết bị trong hệ thống được mắc trực tiếp vào trung tâm báo cháy giúp trung tâmnhận tín hiệu xảy ra cháy tại từng khu vực, từng địa điểm một cách rõ ràng, chínhxác Từ đó trung tâm có thể nhận biết thông tin sự cố một cách chi tiết và được hiểnthị trên bảng hiển thị phụ giúp nhân viên giám sát có thể xử lý sự cố một cáchnhanh chóng

1.3 Các thành phần của hệ thống

Một hệ thống báo cháy tự động tiêu biểu có 3 thành phần như sau:

1.3.1 Trung tâm báo cháy

- Được thiết kế dạng tủ bao gồm: 1 bo mạch chính, 1 biến thế, 1 nguồn phụ

- Đầu báo: báo khói, báo nhiệt, báo gas, báo lửa.

sẽ phát tín hiệu âm thanh, ánh sáng để mọi người nhận biết khu vực đang xảy ra sựcháy và xử lý kịp thời

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống

1.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các thiết bị

1.5.1 Tủ báo cháy trung tâm

Đây là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống và quyết định chất lượng của hệ thống Là thiết bị cung cấp năng lượng cho các đầu báo cháy tự động, cấu hình các khả năng hoạt động cho hệ thống Có khả năng nhận và xử lý các tín hiệu báo cháy từ các đầu báo cháy tự động hoặc các tín hiệu sự cố kỹ thuật, hiển thị các thông tin về hệ thống và phát lệnh báo động, chỉ thị nơi xảy ra cháy Trong trường hợp cần thiết có thể truyền tín hiệu đến nơi nhận tin báo cháy Có khả năng tự kiểm tra hoạt động bình thường của hệ thống, chỉ thị sự cố của hệ thống như đứt dây, chập mạch

Các thành phần cơ bản của một tủ báo cháy trung tâm:

- Bộ nguồn: Có tác dụng biến đổi điện áp từ xoay chiều sang điện áp một chiều 12V hoặc 24V cung cấp cho các thiết bị của hệ thống

- Bộ xử lý trung tâm ( CPU ): Là thiết bị quan trọng nhất của tủ, là khối chứa cơ

sở dữ liệu toàn bộ hệ thống; Tiếp nhận và xử lý các thông tin; Cung cấp các giaothức điều khiển, kết nối

- Bộ hiển thị: Dùng màn hiển thị LCD, hiển thị toàn bộ các thông tin hệ thống như: thông tin báo cháy, thông tin sự cố…, các nút ấn cho phép người sử dụng giao tiếp với tủ báo cháy

- Bộ cảnh báo: Sử dụng các đèn Led, còi chíp cảnh báo trực tiếp tại tủ

- Card Loop: Tủ báo cháy trung tâm sử dụng các Card loop để quản lý các thiết

bị, mỗi card sẽ quản lý thiết bị ở một khu vực nhất định, từ đó sẽ dễ dàng hơn trong công tác kiểm tra và bảo trì

Hình 1.4: Cấu trúc tủ điều khiển và các kết nối

1.5.2 Đầu báo cháy

* Khái niệm, chức năng và nhiệm vụ:

Là các thiết bị nhạy cảm với sản phẩm của sự cháy như: sự phát sinh khói, gia tăng nhiệt độ, phát sáng của tia lửa Chúng có nhiệm vụ phát hiện đám cháy và truyền thông tin đó về tủ điều khiển trung tâm

* Phân loại:

Dựa vào tính năng: Có thể phân chia đầu báo cháy thành 2 loại:

- Đầu báo cháy thường:

Là loại đơn giản chỉ có chức năng phát hiện đám cháy, không có khả năng xác định các thông số như: độ bẩn của cảm biến, vị trí …Vì thế các đầu báo thường được

sử dụng lắp theo dạng kênh, khi có 1 đầu báo báo cháy sẽ cho biết kênh nào đó bị cháy chứ không xác định chính xác vị trí có cháy

- Đầu báo địa chỉ:

Ngoài chức năng cảnh báo cháy, các đầu báo địa chỉ còn có khả năng: định vị trí, tự động đo được một số thông số như độ bẩn cảm biến, tình trạng thiết bị rồi gửi về

tủ trung tâm nhờ có bộ nhớ EPROM thông minh tích hợp trong đầu báo Vì thế đầu báođịa chỉ giúp xác định chính xác vị trí có cháy hỗ trợ tối đa con người trong công tác phát hiện sớm đám cháy và xử lý kịp thời

Dựa vào cảm biến: Có thể phân chia thành các loại sau

- Đầu báo khói: Sử dụng cảm biến phân tích, xác định khói trong thành phần không khí để đưa ra cảnh báo cháy

- Đầu báo nhiệt: Sử dụng cảm biến về sự gia tăng nhiệt độ để phát hiện có cháy

- Đầu báo tia lửa: Sử dụng cảm biến phát hồng ngoại của ngọn lửa để phát hiện đám cháy

1.5.2.1 Đầu báo khói

Dựa vào những tính chất vật lý của khói do đám cháy gây ra người ta chế tạo hai loại đầu báo cơ bản phát hiện khói: Đầu báo khói Ion ( Ionization Smoke Detector ) và đầu báo khói quang ( Photoelectric Smoke Detector )

* Đầu báo khói Ion ( Ionization Smoke Detector )

- Đầu báo khói Ion sử dụng một buồng Ion để phát hiện khói Buồng bao gồm hai bản cực trái dấu và một nguồn phát xạ ( Figure 1 ) Nguồn phát xạ ( thường dùng Americium 241 ) phát ra các phần tử, các phần tử này va chạm với các phân tử không khí giữa hai bản cực và làm thay đổi lớp electron của các phân tử khí Một số phân tử khí bị mất một số electron và trở thành ion mang điện tích dương ( cation ), một số khác hấp thu thêm một vài electron trở thành ion âm ( anion ) Trong điều kiện bình

phía bản cực âm, trong khi đó các anion lại bị hút chuyển động về phía bản cực dương

Sự chuyển động của các dòng ion này hình thành một dòng điện nhỏ, sử dụng một mạch điện tử nhỏ để đo được dòng điện này Lúc này ta có thông số của đầu báo trong điều kiện bình thường ( Figure 2 )

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động đầu báo khói dạng Ion

- Các sản phẩm của đám cháy ( khói và bụi ) là có kích thước lớn hơn kích thước của phân tử khí ion hóa Khi chúng xâm nhập vào buồng ion của đầu báo, chúng sẽ va chạm với các phân tử khí ion hóa và kết hợp với nhau ( Figure 3 ) Khi kết hợp, một số trở nên mang điện dương, một số khác là mang điện âm tùy thuộc tính chất phân tử khí ion hóa mà chúng vừa kết hợp Các phần này tiếp tục di chuyển trong buồng ion và kết

hợp với những phân tử khí ion hóa khác, chúng hình thành nên trung tâm tiền kết nối thu hút các ion khác xung quanh mình Kết quả là số ion phân tử khí trong buồng ion chuyển động về phía các bản cực bị giảm đi Sự suy giảm số ion này là nguyên nhân dẫn tới sự suy giảm dòng điện hình thành trong buồng ion lúc ban đầu Khi dòng điện

bị suy giảm một lượng đã xác định trước, một ngưỡng sẽ bị phá vỡ và tín hiệu cảnh báo cháy sẽ được đưa ra

- Ảnh hưởng của độ ẩm, bụi bẩn không khí và áp suất khí quyển:

Sự thay đổi về độ ẩm hoặc áp suất khí quyển sẽ ảnh hưởng tới buồng ion tương tự như hiệu ứng khi các sản phẩm cháy xâm nhập Và như vậy khả năng đầu báo báo cháygiả là khá cao Để khắc phục nhược điểm này, người ta đã thiết kế đầu báo có cấu tạo buồng “ ion kép”

Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động buồng Ion kép

Lúc này đầu báo sử dụng hai buồng ion, một là buồng ion cảm biến được để hở với môi trường không khí bên ngoài ( Figure 4 ) Buồng cảm biến chịu ảnh hưởng trực tiếpcủa môi trường không khí bên ngoài: độ ẩm, áp suất khí quyển, ngoài ra nó còn bị tác động bởi các yếu tố khác như khói, bụi,…tất cả mọi thứ bị hòa lẫn trong không khí Buồng ion còn lại được gọi là buồng ion tham chiếu, nó được đóng kín với các yếu tố bên ngoài và chỉ chịu ảnh hưởng của độ ẩm, áp suất khí quyển Bởi vì với cấu tạo đặc biệt đó, chỉ các phần tử có kích thước nhỏ mới có thể xâm nhập Các phần tử như bụi

bẩn, khói, sản phẩm cháy là có kích thước lớn và khó có thể thâm nhập Một mạch điện

tử được thiết kế để giám sát hai buồng ion, so sánh dòng điện đầu ra giữa chúng

Nếu độ ẩm hoặc áp suất khí quyển thay đổi ảnh hưởng tới hai buồng ion là như nhau, dòng điện đầu ra đo được của hai buồng vẫn ở trạng thái cân bằng và ta có thể bỏqua chúng Khi các sản phẩm cháy xâm nhập buồng cảm biến, dòng điện trong buồng

sẹ bị suy giảm trong khi dòng điện trong buồng tham chiếu là không đổi Kết quả sự mất cân bằng dòng điện sẽ được mạch điện tử phát hiện ( Figure 5 )

* Đầu báo khói quang học ( Photoelectric Smoke Detector )

Khói được tạo ra bởi đám cháy sẽ ảnh hưởng tới dòng hạt ánh sáng chuyển độngqua không khí bình thường Khói có thể ngăn hoặc làm che khuất các ánh sáng Chúng cũng là nguyên nhân khiên tia sáng bị khúc xạ và bị lêch đường truyền Đầu báo khói quang học đã được thiết kế dựa trên các nguyên lý về ánh sáng và ảnh hưởng của khói tới chúng

- Đầu báo khói quang học khúc xạ ( Photoelectric Light Scattering Smoke

Hình 1.7: Đầu báo khói quang khúc xạ trong điều kiện thường

+ Khi khói xâm nhập vào khoảng giữa điốt và cảm biến, chúng tác động tới các tia sáng phát ra từ điốt làm lệch đường đi ban đầu của chúng Và lúc này đầu cảm biến

có thể cạm thụ được ánh sáng từ điốt phát ra ( Hình 1.8 ) Tín hiệu alarm được phát ra

Hình 1.8: Đầu báo khói quang khúc xạ khi có khói xâm nhập

- Đầu báo khói quang học dựa vào tính chất truyền thẳng của ánh

sáng( Photoelectric Light Obcuration Smoke Detector )

Một dạng khác của đầu báo khói quang học là đầu báo dựa trên tính chất truyền thẳng của ánh sáng Sẽ có một nguồn phát sáng ( thường là điốt ) và một bộ phận cảm biến ánh sáng đặt đối diện nhau ( Figure 8 ) Ở điều kiện bình thường ánh sáng từ điốt được truyền trực tiếp cảm biến, cường độ sáng sẽ được đo và giám sát bởi một mạch điện tử Khi có khói xen giữa điốt và cảm biến, ánh sáng truyền từ điốt tới cảm biến sẽ

bị suy giảm do tính chất hấp thụ của khói Điều này làm cho cường độ sáng tại cảm biến bị suy giảm ( Figure 9 ) Sự suy giảm cũng được giám sát bởi mạch điện tử, đến một ngưỡng nhất định sẽ có tín hiệu alarm được phát ra

Hình 1.9: Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động đầu báo khói quang truyền thẳng

- Đầu báo khói dạng beam

+ Gồm một cặp thiết bị được lắp ở hai đầu của khu vực cần giám sát Thiết bịchiếu phát chiếu một chùm tia hồng ngoại, qua khu vực thuộc phạm vi giám sát rồi tớimột thiết bị nhận có chứa một tế bào cảm quang có nhiệm vụ theo dõi sự cân bằng tínhiệu của chùm tia sáng Đầu báo này hoạt động trên nguyên lý làm mờ ánh sáng đốinghịch với nguyên lý tán xạ ánh sáng (cảm ứng khói ngay tại đầu báo)

+ Đầu báo khói dạng Beam có tầm hoạt động rất rộng ( diện tích 10x 150 m2),thích hợp lắp đặt ở các nơi mà đầu báo quang điện không phù hợp Ví dụ nhữngnơi có nhiệt độ, bụi bặm, độ ẩm quá mức, nhiều tạp chất,… Do đầu báo dạngBeam có thể đặt đằng sau cửa sổ có kính trong, nên rất dễ lau chùi, bảo quản.+ Đầu báo dạng Beam thường được lắp trong khu vực có phạm vi giám sát lớn,trần nhà quá cao không thể lắp các đầu báo điểm (các nhà xưởng, …)

Hình 1.10: Đầu báo dạng Beam trong điều kiện thường

Hình 1.11: Đầu báo dạng Beam khi có khói xâm nhập

1.5.2.2 Đầu báo nhiệt

Các đầu báo nhiệt được thiết kế dựa trên nguyên lý sự gia tăng nhiệt độ môi trường nơi có đám cháy xảy ra Khi có đám cháy nhiệt lượng sẽ tỏa ra và chúng được phân tán tới các vùng không gian xung quanh qua truyền nhiệt hoặc đối lưu không khí

Một cảm biến nhiệt được gắn trên đầu báo có vai trò cảm biến nhiệt độ môi trường không khí xung quanh nó Khi cảm biến đo được nhiệt độ đạt tới một ngưỡng nào đó đã định trước, tín hiệu alarm được phát ra Tuy nhiên nhiệt độ không khí trong cùng một phòng, một khu vực lại có thể không đồng đều khi có cháy xảy ra Gần khu vực đám cháy nhiệt lượng tỏa ra là lớn nhất, qua đối lưu không khí nhiệt lượng bị hấp thu một phần và vì thế nhiệt độ tại nơi lắp đầu báo có thể không đạt tới ngưỡng báo cháy nếu trần nhà quá cao Khắc phục nhược điểm này người ta chế tạo loại đầu báo nhiệt gia tăng, cảm biến sẽ phát hiện nhiệt độ không khí gia tăng ví dụ từ 5 – 7 độ C trên một phút và từ đó đưa ra tín hiệu alarm

* Đầu báo nhiệt cố định ( Fixed Temparature Detector )

Là loại đơn giản nhất, cấu tạo gồm một cảm biến nhiệt độ đo nhiệt độ không khí xung quanh môi trường Ngưỡng nhiệt độ tùy thuộc vào yêu cầu mà sản xuất đưa racác ngưỡng: 57, 70, 100 độ C

* Đầu báo nhiệt gia tăng ( Rate Of Rise Heat Detector )

Cảm biến nhiệt độ đo sự thay đổi nhiệt độ không khí môi trường xung quanh Nếu nhiệt độ gia tăng từ 5 – 7 độ C trên phút đầu báo sẽ phát tín hiệu alarm

Hình 1.12: Biểu đồ sự gia tăng nhiệt độ của đám cháy

1.5.3 Nút ấn báo cháy trực tiếp

* Cấu tạo, chức năng và nhiệm vụ

Hình 1.14: Sơ đồ cấu tạo nút ấn báo cháy trực tiếp

Nút ấn báo cháy trực tiếp là thiết bị được dùng để truyền tín hiệu cảnh báo về tủtrung tâm bằng lệnh điều khiển trực tiếp của con người trong trường hợp khẩn cấp hoặctrường hợp các đầu báo cháy tại khu vực bị vô hiệu hóa Thiết bị này cho phép người

sử dụng chủ động truyền thông tin báo cháy bằng cách nhấn hoặc kéo vào công tắckhẩn, báo động khẩn cấp cho mọi người đang hiện diện trong khu vực đó được biết để

có biện pháp xử lý hỏa hoạn và di chuyển ra khỏi khu vực nguy hiểm bằng các lối thoáthiểm Gồm có các loại công tắc khẩn như sau:

- Nút ấn dạng ấn kính vỡ (break glass)

- Nút ấn dạng giật công tắc (pull station)

- Nút ấn dạng ấn và giữ ( push & hold )

Nút ấn báo cháy trực tiếp được lắp đặt tại các vị trí dễ quan sát như: Hành lang, cửalối vào thang máy, thang bộ…

1.5.4 Thiết bị đầu ra

Hình 1.15: Các thiết bị cảnh báo cháy

Hình 1.16: Sơ đồ đấu nối các thiết bị cảnh báo cháy

Nguyên lý hoạt động: Các thiết bị này được kết nối với tủ trung tâm và được sự

điều khiển trưc tiếp từ tủ bằng tín hiệu thông qua các module điều khiển Khi có cháy,chuông báo cháy kêu inh ỏi kết hợp đèn nháy chớp liên tục giúp mọi người nhận biếtđang có đám cháy xảy ra

1.5.4.1 Chuông báo cháy

Được lắp đặt tại phòng bảo vệ, các phòng có nhân viên trực ban, hành lang, cầuthang hoặc những nơi đông người qua lại nhằm thông báo cho những người xungquanh có thể biết được sự cố đang xảy ra để có phương án xử lý, di tản kịp thời Khi xảy ra sự cố hỏa hoạn, chuông báo động sẽ phát tín hiệu báo động giúp cho nhânviên bảo vệ nhận biết và thông qua thiết bị theo dõi sự cố hỏa hoạn (bảng hiển thị phụ)

sẽ biết khu vực nào xảy ra hỏa hoạn, từ đó thông báo kịp thời đến các nhân viên cótrách nhiệm phòng cháy chữa cháy khắc phục sự cố hoặc có biện pháp xử lý thích hợp

Hệ thống chuông báo cháy phải được trang bị ở tất cả các khu vực, mức cường

độ âm thiết kế phải đủ lớn và có tính chất cảnh báo liên tục

1.5.4.2 Đèn

Có công dụng phát tín hiệu báo động, mỗi loại đèn có chức năng khác nhau vàđược lắp đặt ở tại các vị trí thích hợp để phát huy tối đa tính năng của thiết bị này Gồm

có các loại đèn:

* Đèn báo cháy ( Corridor Lamp )

Được đặt bên trên công tắc khẩn của mỗi tầng Đèn báo cháy sẽ sáng lên mỗikhi công tắc khẩn hoạt động, đồng thời đây cũng là đèn báo khẩn cấp cho những ngườihiện diện trong tòa nhà được biết Điều này có ý nghĩa quan trọng, vì trong lúc bối rối

do sự cố cháy, thì người sử dụng cần phân biệt rõ ràng công tác khẩn nào còn hiệu lựcđược kích hoạt máy bơm chữa cháy

* Đèn báo phòng ( Room Lamp )

Được lắp trước cửa mỗi phòng giúp xác định địa chỉ đám cháy một cách nhanhchóng và chính xác nhất

* Đèn chỉ lối thoát hiểm (Exit Light)

Được đặt gần các cầu thang của mỗi tầng lầu, để chỉ lối thoát hiểm trong trườnghợp có cháy Tự động chiếu sáng trong trường hợp mất nguồn điện lưới

1.5.5 Tủ hiển thị phụ

Trong các tòa nhà lớn hoặc khu tổ hợp có nhiều khu riêng biệt thì tủ báo cháy trungtâm thôi là chưa đủ Người ta có thể dùng màn hình hiển thị phụ để ở mỗi khu vực nhấtđịnh mọi người có thể phát hiện nơi có cháy và từ đó có phương án chữa cháy tại chỗnhanh chóng, kịp thời

Màn hình hiển thị phụ được thiết kế dạng tủ loại mini, kêt nối trực tiếp với tủ báocháy trung tâm, có cơ sở dữ liệu và các chức năng hiển thị, cảnh báo giống như tủtrung tâm

Hình 1.17: Sơ đồ kết nối tủ hiển thị phụ

1.5.6 Mô-đun điều khiển ( Input – Output Module ).

Là thiết bị địa chỉ thông minh có khả năng nhận tín hiệu điều khiển từ tủ trungtâm ( Input ), xuất tín hiệu điều khiển các hệ thống liên động ( Output ):

FF FA HVAC Lighting & Electricity incl emergency SHVS Lifting/ Conveyer PA

CCTV AC/Security

UCP’s relating systems

Brigade 114

1.6 Tích hợp các hệ thống kỹ thuật trong công trình

Hệ thống báo cháy được thiết kế với khả năng phối hợp hoạt động với các hệ

thống kỹ thuật khác trong tòa nhà để có một giải pháp tổng thể đảm bảo an toàn cao

nhất: Hệ thống điều khiển thoát khói và nhiệt, Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS), Hệ

thống chiếu sáng, Điện, kể cả khẩn cấp (Lighting & Elictricity incl Emergency), Hệ

thống thông báo công cộng (PA), Hệ thống kiểm soát ra vào (AC), Hệ thống camera

giám sát (CCTV), Hệ thống thang máy thang cuốn (Lifting/Conveyer) Ngoài ra, có

chức năng gọi tự động cứu hoả 114 và kết nối phối hợp với các hệ thống có liên quan

của gara ngầm: hệ thống báo cháy, hệ thống chữa cháy, hệ thống thoát khói và nhiệt

Hình 1.19: Sơ đồ kết nối hệ thống báo cháy với các hệ thống kỹ thuật khác

1.6.1 Hệ thống BMS

BMS (Building Management System) là một hệ thống điều khiển và giám sát kỹ

thuật Hệ thống này có giải pháp mang tính tổng thể cao trong điều khiển và giám sát

các hệ thống kỹ thuật của toà nhà Hệ thống BMS thực hiện tốt nhất các nhiệm vụ điều

khiển vận hành hệ thống là môi trường thu nhận, quản lý toàn bộ các thông số kỹ thuật

của thiết bị của các hệ thống kết nối tới Thông qua trao đổi thông tin, BMS điều khiển

vận hành các thiết bị chấp hành hoạt động của từng hệ thống kỹ thuật khác nhau hoạt

động theo yêu cầu của người quản lý, đảm bảo các yếu tố kỹ thuật cũng như các yếu tố

an toàn, an ninh…

Hệ thống báo cháy tích hợp với BMS bằng việc kết nối trực tiếp từ tủ điều khiểntrung tâm báo cháy thông qua một mô-đun kết nối, thông qua mô-đun này các thông tin

về hoạt động của hệ thống báo cháy sẽ được truyền tới hệ thống BMS

Tín hiệu báo cháy sau khi đã được kiểm tra xác minh sẽ được truyền đến hệthống BMS Từ đó hệ thống BMS sẽ đưa ra quyết định thay đổi chế độ hoạt động của

hệ thống điều hòa không khí từ chế độ thường sang chế độ thông gió khẩn cấp cho toàn

bộ tòa nhà, đồng thời thông qua các modules output được lập trình theo từng vùng cháytác động đến các IP đặt tại các khu vực và sẽ giành quyền điều khiển hệ thống thônggió và hệ thống quạt hút của hệ thống tòa nhà, ra lệnh đóng các van chăn lửa theovùng, đồng thời cho BMS tín hiệu để tắt AHU và càc thiết bị liên quan đến khu cócháy

Việc kết nối còn cung cấp đến BMS những tín hiệu giám sát hệ thống báo cháynhư:

+ Thông tin từ các bộ báo khói đặt trong đường ống thông gió

+ Trạng thái tủ báo cháy, nguồn mất hoặc yếu

+ Trạng thái các thiết bị của hệ thống

+ Báo sự cố lỗi của các tủ : fault, alarm

+ Lệnh báo cháy cục bộ, (khi có nhiều hơn 1 vị trí báo cháy)

+ Lệnh báo cháy tổng thể

+ Lệnh báo thoát hiểm khẩn cấp

+ Đám cháy đã được xử lý, hệ thống trở về trạng thái bình thường

1.6.2 Hệ thống kiểm soát cửa tự động

Hệ thống kiểm soát cửa ra vào nhằm đảm bảo an ninh cho toà nhà cũng như chocác phòng chức năng khác nhau, quản lý khách và khán giả theo các đối tượng, quản lýtheo khu vực

Tương tự như trên khi có tín hiệu báo cháy sau khi đã được kiểm tra, xác minhsau đó thông qua các mô-đun đầu ra được lập trình trước để kích hoạt đóng, mở cáccửa liên quan đến công tác an toàn phòng cháy chữa cháy để sơ tán và phục vụ chữacháy.

1.6.3 Hệ thống thang máy

Hệ thống thang máy hoạt động bằng điện nên khi có cháy rất có thể nguồn điện

sẽ bị mất do cháy dây gây nhảy áp Điều này hết sức nguy hiểm khi đang có người bịkẹt trong thang không thể tìm cách thoát ra được Giải quyết vấn đề này hệ thống báocháy sẽ cấp một mô-đun điều khiển thang máy ở mức ưu tiên cao nhất Khi có cháymô-đun sẽ điều khiển thang tụt về tầng trệt và mở cửa để con người thoát nạn

1.6.4 Hệ thống âm thanh công cộng trong tòa nhà

Mô-đun điều khiển sẽ kích hoạt hệ thống âm thanh mức cao nhất, lúc này hệthống âm thanh tự động phát một bản tin về có cháy xảy ra giúp tất cả mọi người trongtòa nhà có thể nhận biết

1.6.5 Hệ thống thoát khói và nhiệt

Trong tòa nhà sẽ được trang bị hệ thống quạt hút khói và quạt tăng áp cầu thang

bộ hỗ trợ con người thoát nạn trong trường hợp có cháy Tủ báo cháy trung tâm cónhiệm vụ kết nối và điều khiển hệ thống này một cách tự động khi có cháy xảy ra

1.6.6 Hệ thống chữa cháy

Thông qua các mô-đun đầu vào thu nhận các thông tin đầu vào của hệ thốngchữa cháy đầu phun ( Sprinkler ) và họng nước để giám sát toàn bộ hoạt động của hệthống chữa cháy như: công tắc dòng chảy, giám sát trạng thái các van chặn chính, giámsát trạng thái bơm, máy nén khí…

Thông qua các mô-đun đầu ra để điều khiển hệ thống bơm chữa cháy, hệ thốngmàng ngăn cháy…

Hệ thống báo cháy tự động được kết nối với lượng lượng chữa cháy chuyênnghiệp (công an PCCC) thông qua các đường dây điện thoại kết nối từ phòng trung tâmđiều khiển đến số điện thoại cài đặt trước như 114, cho phép trượt đến 5 số điện thoạikhác nhau nếu không bên kia không có người nhận cuộc gọi Khi bên nhận điện nhấcmáy thì sẽ nhận được thông báo theo nội dung đã được cài đặt trước.

Hệ thống tích hợp truyền thông báo dưới dạng nhắn tin tự động dạng văn bảnđến các đơn vị liên quan nếu có bộ nhận tín hiệu dưới dạng văn bản tin nhắn

Chương 2: Cơ sở tính toán, thiết kế hệ thống báo cháy tự động

Đối với một hệ thống báo cháy tự động, ngoài việc các thiết bị đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật đề ra thì việc thiết kế hệ thống còn phải đáp ứng những tiêu chuẩn

và yêu cầu thiết kế nhất định, nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động một cách an toàn, chính xác và hiệu quả nhất

2.1 Mục đích và các yêu cầu chung

Sự ra đời của các nhà cao tầng, phức hợp và hiện đại là tất yếu khách quan phùhợp với quy luật thực tế Các nhà cao tầng, phức hợp và hiện đại với nhiều công năngnhư trụ sở văn phòng, trung tâm hội họp, trung tâm mua sắm, nhà ở, khách sạn … Mỗitòa nhà được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau tuy nhiên đều là nơi tập trungđông người, nhiều trang thiết bị quý giá, hồ sơ tài liệu quan trọng Bên cạnh đó lànhững vật liệu dễ gây cháy như vải vóc, vật liệu tổng hợp, khí đốt, nguồn nhiệt… , khảnăng gây cháy rất cao Do đó việc trang bị một hệ thống báo cháy tự động với mụcđích phát hiện và ngăn chặn đám cháy sớm là một yêu cầu bắt buộc đối với mỗi côngtrình

* Những yêu cầu chung đối với hệ thống

- Có khả năng phát hiện cháy sớm, tin cậy và đưa ra các cảnh báo

- Được trang bị tất cả mọi nơi có nguy cơ xảy ra cháy nổ

- Có khả năng kết nối với các hệ thống kĩ thuật khác trong tòa nhà

- Hoạt động liên tục 24/24 giờ, có khả năng duy trì hoạt động khi bị mất điện lưới

- Đảm bảo tính thẩm mĩ, mĩ quan không ảnh hưởng lớn đến kiến trúc mĩ thuật của tòa nhà

* Các yếu tố môi trường cần lưu ý khi lựa chọn thiết bị

- Nhiệt độ trung bình hàng năm

- Nhiệt độ cao nhất mùa hè

- Độ ẩm trung bình hàng năm.

- Mùa mưa hằng năm

- Bão hàng năm, tốc độ gió cao nhất

2.2 Các tiêu chuẩn và yêu cầu thiết kế

2.2.1 Các tiêu chuẩn

- TCVN5738-2001: Hệ thống báo cháy tự động –yêu cầu kỹ thuật

- TCXD 215 - 1998 : Phòng cháy chữa cháy – từ vựng – phát hiện cháy và báo động cháy

- TCXD 216 - 1998 : Phòng cháy chữa cháy - từ vựng - thiết bị chữa cháy

- TCXD 217 - 1998 : Phòng cháy chữa cháy - từ vựng - thuật ngữ chuyên dùng chophòng cháy chữa cháy, cứu nạn và xử lý vật liệu nguy hiểm

- TCXD 217 - 1998 : Hệ thống phát hiện cháy và báo động cháy - Quy định chung

- TCVN 3991 – 1985 : Tiêu chuẩn phòng cháy trong thiết kế xây dựng - thuật ngữ vàđịnh nghĩa

- TCVN 5303 – 1990 : An toàn cháy - thuật ngữ và định nghĩa

- TCVN 3254 – 1989 : An toàn cháy - Yêu cầu chung

- TCVN 4778 – 1989 : Phân loại cháy

- TCVN 4879 – 1989 : Phòng cháy - dấu hiệu an toàn

- TCVN 2622:1995 : Phòng chống cháy cho nhà và công trình - Yêu cầu thiết kế

- TCVN 6161 - 1996 : Phòng cháy chữa cháy - chợ và trung tâm thương mại - Yêucầu thiết kế

- TCVN 6160 – 1996 : Phòng cháy chữa cháy nhà cao tầng - Yêu cầu thiết kế

- TCVN 5040 – 1990 : Thiết bị phòng cháy và chữa cháy - Ký hiệu hình vẽ trên sơ đồphòng cháy - yêu cầu kỹ thuật

- TCVN 5760 - 1993 : Hệ thống chữa cháy - Yêu cầu chung về thiết kế, lắp đặt và sử dụng

- TCVN 5738 - 2001 : Hệ thống báo cháy tự động – Yêu cầu kỹ thuật

- TCVN 4513 -1988 : Cấp nước bên trong - tiêu chuẩn thiết kế

Ngoài ra các thiết bị hệ thống phòng cháy chữa cháy và công tác lắp đặt chúngvào công trình còn phải tuân thủ các yêu cầu trong những tiêu chuẩn trích dẫn dưới đây:

- TCVN 4086 : 1985 An toàn điện trong xây dựng - Yêu cầu chung

- TCVN 4756 : 1989 Qui phạm nối đất và nối không các thiết bị điện

- TCVN 5308 : 1991 Qui phạm an toàn kỹ thuật trong xây dựng

2.2.2 Các yêu cầu thiết kế

* Việc thiết kế, lắp đặt, hệ thống báo cháy phải được sự thỏa thuận của cơ quan phòngcháy, chữa cháy và thỏa mãn các yêu cầu, quy định của các tiêu chuẩn, quy phạm hiệnhành có liên quan

* Hệ thống báo cháy đáp ứng những yêu cầu như sau :

- Phát hiện cháy nhanh chóng tại khu vực xảy ra sự cố

- Chuyển tín hiệu khi phát hiện có cháy, tín hiệu báo động rõ ràng để nhữngngười xung quanh có thể thực hiện ngay các giải pháp thích hợp

- Những tác động bên ngoài gây sự cố cho một bộ phận của hệ thống không gây

ra những sự cố tiếp theo trong hệ thống

- Khả năng dự phòng cao

- Khả năng mở rộng dể dàng với chi phí thấp

- Hệ thống thiết bị phải thoả mãn công năng mà công trình yêu cầu

- Phù hợp với môi trường khí hậu và điều kiện kiến trúc của công trình

- Hệ thống thiết bị phải thoả mãn yêu cầu của hồ sơ mời thầu và thiết kế

- Hệ thống thiết bị phải thoả mãn công năng mà công trình yêu cầu

- Thoả mãn các tiêu chuẩn Việt nam về phòng cháy chữa cháy.

Hệ thống báo cháy là hệ thống quan trọng hàng đầu của hệ thống phòng cháychữa cháy cũng như toàn bộ công trình Nhằm đảm bảo giúp cho con người phát hiệnđám cháy từ rất sớm để có những biện pháp thoát nạn, chữa cháy thích hợp, nhanh gọn

Do vậy nó phải có độ chính xác, độ an toàn và ổn định cao hoạt động 24/24 và phải cókhả năng kết nối với các hệ thống khác như thang máy, điện, thông gió, máy bơmchữa cháy, để phục vụ kịp thời cho quá trình thoát nạn và chữa cháy

2.3 Cơ sở tính toán, thiết kế hệ thống

Dựa theo TCVN 5738 – 2001 qui định về đầu báo cháy như sau:

- Điều 6.1 : Các đầu báo cháy tự động phải đảm bảo phát hiện cháy theo chức năng đãđược thiết kế và các đặc tính kỹ thuật nêu ra ở bảng 2.1 Việc lựa chọn đầu báo cháy tựđộng phải căn cứ vào tính chất của các chất cháy, đặc điểm môi trường bảo vệ và theotính chất của cơ sở được trang bị

Bảng 2.1: Bảng yêu cầu kỹ thuật đối với đầu báo cháy

ST

T

Đặc tính kĩ thuật Đầu báo cháy nhiệt Đầu báo cháy khói Đầu báo cháy lửa

1 Thời gian tác động <= 120 giây <= 30 giây <= 5 giây

2 Ngưỡng tác động - Từ 40-170 0C Độ che mờ khói

-Đầu báo thường:

5-20%

-Đầu báo tia chiếu:

20-70%

Ngọn lửa trần cao15mm cách đầu báo cháy 3m

4 Nhiệt độ làm việc 10 – 170 độ C 10 – 49 độ C 10 – 50 độ C

5 Diện tích bảo vệ Từ 15m2 đến 50m2 50m2 đến 100m2 Hình chóp góc

120 độ